車架橫梁沖壓工藝的開發(fā)及可行性分析

袁雪松

摘 要：汽車車架上橫梁數(shù)量較多，形狀類似的橫梁可以采用相同的工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)加工，以車架橫梁為研究對象，對橫梁沖壓的工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定橫梁的沖壓工藝方案為落料沖孔、拉延、切邊、翻邊整形等四道工序，同時(shí)采用鈑金分析軟件Autoform4.5對橫梁進(jìn)行可行性分析，并對沖壓成型后的回彈進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過研究表明橫梁的沖壓成型工藝方案可以較大程度上縮短模具開發(fā)的周期及模擬可行性分析。

關(guān)鍵詞：車架橫梁；沖壓成型；軟件可行性分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.051

隨著科技的發(fā)展和汽車行業(yè)的競爭趨勢日益激烈，面對高質(zhì)量、高效率、低成本的企業(yè)生存壓力，以及當(dāng)前高速發(fā)展的工業(yè)4.0，智能制造的趨勢，傳統(tǒng)的汽車行業(yè)，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和投資回報(bào)等因素的限制，汽車的車架橫梁等零件采用人工生產(chǎn)的方式已很難滿足目前市場的需求，因此當(dāng)前急需探究沖壓自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，機(jī)器人作為當(dāng)代工業(yè)先進(jìn)智造的代表，具有良好的靈活性、自主性、多軸聯(lián)動(dòng)性以及多個(gè)關(guān)節(jié)操作機(jī)械手的一種現(xiàn)代化的制造業(yè)自動(dòng)化裝置，同時(shí)能滿足小批量、多品種以及產(chǎn)品生命周期短和更新?lián)Q代快的特點(diǎn)，對于改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)效率等方面起到極大的推動(dòng)作用。

1 車架橫梁的概況

車架的橫梁是汽車底盤重要的組成部分，它在整車上所承載的力是非常復(fù)雜的，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩通過車橋，發(fā)動(dòng)機(jī)支撐等零部件最終傳遞至車架上，同時(shí)汽車的載重也是通過板簧傳遞至車架上，而這些載荷都與路況關(guān)系較大，這就對車橫梁的強(qiáng)度和剛度提出了較高的要求，因此橫梁的工藝選擇非常的關(guān)鍵。

2 橫梁沖壓工藝的選擇

汽車橫梁一般都是采用沖壓的加工方法進(jìn)行生產(chǎn)，選擇合理的沖壓工藝流程是汽車橫梁質(zhì)量的重要保證，不同服役條件的橫梁，其結(jié)構(gòu)形式變化較大，目前汽車車架上使用的橫梁通常以槽型式和鱷魚口式橫梁較多，這是因?yàn)椴坌蜋M梁彎曲剛度和強(qiáng)度大且制造方便；鱷魚口式橫梁具有較大的鏈接寬度且截面高度較低，具有可讓開下部空間的優(yōu)點(diǎn)。

選擇沖壓工藝時(shí)，要根據(jù)設(shè)備、橫梁的材料和結(jié)構(gòu)、安全操作要求和工人的操作習(xí)慣等條件來綜合考慮工藝和評估工藝的可行性要求，汽車橫梁的材料一般常用的為長度：600-850mm，厚度：4.0-8.0mm，材料：16Mnl、O9SLVL、16MnRel、B440L、WL440、P44OL、P37OL、SAPH37O、SAPH440、SS4OO、SP52、T52、WL590等，在滿足使用條件的情況下，盡量采用成型性能較好的鋼板，如：O9SLVL、SAPH37O等；在進(jìn)行橫梁沖壓工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注裝配基準(zhǔn)及零件的成型性能，根據(jù)以上特點(diǎn)分析確定橫梁的工藝流程為落料沖孔、拉延、切邊、翻邊整形等四道工序。

3 橫梁全工序沖壓成型過程及可行性分析

3.1 落料沖孔

由于汽車橫梁的材料較厚、毛坯尺寸較大，質(zhì)量一般在10KG以上，因此毛坯必須采用片料方式、沖裁時(shí)盡量采用波浪刃口，以降低振動(dòng)和噪音；在Autoform分析中沒有模擬落料沖孔的工序，只需將裁剪后的板材放在拉延工序模型中即可分析。

3.2 拉延

根據(jù)零件的形狀及要求可采用封閉式拉延或成雙拉延，有利于工藝的補(bǔ)充添加，并在Autoform中設(shè)定拉延工藝參數(shù) ，沖壓成型模擬類型為單動(dòng)拉延，從而可以得到拉延數(shù)值模擬的有限元模型便于分析。

3.3 切邊

切邊工序是把成型零件的邊緣修切整齊或切成所需形狀，并且在在Autoform中選擇切邊類型即可繪制成兩條切邊線完成切邊工序分析。

3.4 翻邊整形

翻邊模是將半成品工件的一部分材料相對另一部材料產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的制件，整形模是將半成品調(diào)整尺寸輪廓以提高尺寸精度和表面光潔度的沖模，目的是制出便于裝配的部位，另外翻邊整形在Autoform中的成型工序中模擬完成，需定義支撐塊、壓料板和整形塊，支撐塊作為翻邊整形模凸模對板料施加支撐，壓料板作為翻邊整形模的凹模壓住板料。

通過Autoform軟件進(jìn)行模擬分析沖壓零件的拉延成型，并通過改變拉延筋的幾何尺寸，改善了拉延成型工藝，其每一步的分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性及可行性，同時(shí)縮短了模具的開發(fā)周期，同時(shí)可與工廠現(xiàn)有的BOM、MES等數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)車架橫梁等沖壓件自動(dòng)化生產(chǎn)。

在充分考慮車架橫梁的材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對汽車橫梁的沖壓工藝進(jìn)行分析，合理的確定了汽車橫梁的沖壓工藝方法，同時(shí)采用Autoform軟件對汽車橫梁的落料沖孔、拉延、切邊、翻邊整形等四道工序進(jìn)行了沖壓成型數(shù)值模擬，并對放在仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了汽車橫梁的全工序沖壓成型仿真。

4 車架的發(fā)展趨勢

目前沖壓加工已成為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向，是提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要保證。在汽車性能要求日益提高的的今天，其實(shí)每一個(gè)零部件的質(zhì)量控制是車輛輕量化需要面臨的嚴(yán)課題，沖壓成型在實(shí)際的生產(chǎn)中具有較高的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉娟.汽車制造工藝技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社.

[2]傅旻.汽車覆蓋件成型中拉延筋的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014（02）：239-242.

[3]夏琴香.多工位級進(jìn)沖壓全工序數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，40（07）：62-66.